铸造工程学复习题

铸造工程学复习提纲

1什么是铸造？与其他材料成形工艺相比，铸造工艺有何优缺点。

铸造：将液态（熔融）的合金浇入到与零件的形状，尺寸相适应的铸型空腔中，待其冷却凝固，以获得毛坯或零件的生产方法通常称为铸造。

铸造是生产金属零件毛坯的主要工艺方法之一，与其它工艺方法相比，它具有成本低，工艺灵活性大，适合生产不同材料、形状和重量的铸件，并适合于批量生产。但它的缺点是公差较大，易产生内部缺陷。

铸造工艺的优点：

(1)适用范围广，据统计：在机械行业中铸件占机器总质量的50%以上；

(2)可以制造各种合金铸件

(3)铸件尺寸精度高（与一般焊接件、锻件比较）

(4)成本低廉

(5)可以生产形状复杂的零件

铸造工艺的缺点：

(1)铸造生产过程比较复杂。

(2)影响铸件质量的因素多。

(3)废品率一般较高。

(4)铸件容易出现各种缺陷。（浇不足，缩孔，气孔，裂纹等）。

2铸造技术发展的趋势有哪几个方面。

(1)铸件尺寸、重量范围扩展（特大-特小型铸件）；

(2)铸件的轻量化（材质轻量化、工艺的精确化）；

(3)铸件的精确化；

(4)数字化铸造；

(5)网络化铸造：建模+仿真，网络化管理

(6)清洁化铸造。

3 液态金属充型能力概念，简答铸型和浇注条件方面因素对充型能力的影响并提出提高充型能力应采取的措施。

液态金属充型能力：液态金属经浇注系统充满铸型型腔的全部空间，形成轮廓清晰，形状完整的铸件的能力。

对充型能力的影响：

1）铸型性质: 蓄热系数、铸型温度、铸型中的气体、铸型表面光亮碳.

2）浇注条件: 浇注温度、充型压头、浇注系统结构.

提高充型能力应采取的措施：

针对影响充型能力的各种因素，从方便容易、经济有效几方面进行选择。一般情况下，提高浇注温度和使用绝热涂料最宜。（温度升高，充型能力提高）

4金属中的气体来源有哪些方面，它们对铸件质量可能会产生哪些不利影响。

来源于熔炼过程、浇铸过程和凝固过程的气体卷入与界面反应。

不利影响：几乎都是有害的，如降低流动性、引起裂纹、造成组织疏松、降低各种强度指标、不利于铸件热处理等等。

5铸件中的气孔有哪三种，各自气体的来源和气孔的宏观特征。

根据气体来源不同，分为析出性气孔、侵入性气孔、反应性气孔（又称皮下气孔或针孔）。（1）析出性气孔

熔炼过程中溶入金属中的气体，当金属冷却凝固时由于溶解度降低，而从金属中析出形成的气孔。气体中大都为氢和氮，呈分散的麻点状小圆孔，表面光亮，常布满于整个铸件断面。灰铸件大都靠近节处呈长裂缝状，表面光洁，内腔常有一层石墨薄膜。

（2）侵入性气孔：（P气>P静+P阻+ P腔）

是气体从外部侵入金属液中，不能排除而形成的气孔，气体来源于型砂，型腔和冷铁，浇注时也可能卷入气体。常在铸件的局部、铸件表面或铸件内部出现。气孔大都呈圆形或椭圆形，喇叭形，其根部所指常常就是气体侵入之处。气体多为水蒸汽、co、co2或碳化合物。（3）反应性气孔

金属与铸型之间、金属内部某些成分之间和金属与渣相之间发生化学反应而生成的气孔。铸铁、铸钢件的气体大都是CO和氢气。球铁则为硫化氢气体，镁蒸汽和氢气，大都均匀分布于铸件皮下，因而称皮下气孔、呈针状或蝌蚪状，与铸件表面垂直。反应气孔又可分为皮下气孔，表面气孔和内部气孔。

6铸件中的非金属夹杂物概念，外生夹杂物，内生夹杂物的含义，非金属夹杂物的来源。

非金属夹杂物：在铸件内部或表面上存在的与基体成分不同的质点称为夹杂物。

非金属夹杂物的类型按来源分为外生和内生。外生是指熔炼、浇注时和炉子、浇包接触产生的渣相如没排除干净，则残存为夹杂。内生则十分的复杂，是金属液内部各元素之间反应的结果，包括了简单的氧化物，复杂的化合物，硫化物等。

非金属夹杂物的来源: 贯穿于金属合金熔炼到浇铸结属整个过程中：合金原材料、脱碳、脱磷脱硫、脱氧、造渣、接触炉体或中转包、浇包耐火衬、浇注过程氧化、凝固过程化合物的析出或产生新的化合物。

7非金属夹杂物对铸件力学性能的影响如何。

降低合金的力学性能（延伸率、断面收缩率、韧性、抗疲劳性）。

8浮游法和熔剂法去除金属液中非金属夹杂物的原理有啥区别。

浮游法: 气体和非金属夹杂的排除往往具一致性，排气时可带走部分夹杂物，所以通入惰性气体或加入能产生惰性气体的化合物，可使金属中的气体和夹杂一起被排除。

熔剂法：加入降低夹杂熔点或能和夹杂生成新的化合物的材料，可排除夹杂。

9 铸件铸造过程中的收缩会带来哪些铸件缺陷，分别描述各缺陷形成原因及特征，如何防止。

铸件的收缩缺陷：影响最大的是缩孔、缩松、热裂、冷裂。

（1）缩孔缩松

铸件最后凝固区域如因收缩导致存在集中的肉眼易见的孔洞，称为缩孔；分散而细小的，肉眼不易觉察到的孔洞称为缩松。

形成原因是液态收缩和凝固收缩得不到及时的补偿，补偿包括金属液补偿和固态收缩补偿两种方式。所以形成缩孔缩松的基础条件是：铸件为体积凝固而非顺序凝固方式，液态收缩与凝固收缩的总和大于固态收缩。

缩孔缩松的防止：

铸件的结构设计应合理，铸造工艺方案适当，采用顺序凝固方式时，要着力提高冒口补缩效率，对适合同时凝固的合金及鋳件应采用同时凝固方式，可降低成本。

（2）铸件的热裂

铸件在非弹性变形的高温阶段，因收缩应力导致的裂缝类缺陷，称为热裂。

热裂的特征是：断面严重氧化，无金属光泽，裂口沿晶粒边界产生和发展，外观形状曲折而不规则（铸钢件裂口表面近似黑色，铝合金则呈暗灰色）。

热裂又可分为外裂纹和内裂纹。

外裂纹: 在铸件表面、可以看见。裂口常从铸件的拐角处、截面厚度有改变处或局部冷却缓慢容易产生应力集中的地方开始，主要是拉应力引起的。

内裂纹：在铸件内部最后凝固的部位，有时会出现在缩孔附近或尾部。

热裂形成温度是在线收缩开始温度到固相线温度区（有效结晶温度范围），此温度期间，强度和断裂应变都很低，易呈脆性断裂。

断裂防止措施是：提高合金抗热裂能力，控制结晶过程使初晶细化（冷铁），减少金属液中的气体和夹杂，优化浇注系统及浇注工艺，改善型芯物化特性。

（3）铸件的冷裂

铸件处于弹性状态，铸造应力超过材料的强度极限时产生的裂纹即称冷裂。

冷裂往往出现在铸件受拉伸的部位，特别是应力集中的地方。因此，铸件产生冷裂的倾向与铸件形成应力的大小密切相关。合金的化学成分（如钢中的C、Cr、Ni等元素，虽提高合金的强度，但降低钢的热导率，含量高时，冷裂倾向增大）和杂质状况（如P高时，冷脆性增加,S及其它夹杂物富集在晶粒边界，易产生冷裂）对冷裂的形成影响很大，降低合金的塑性和冲击韧性，使形成冷裂的倾向增大。影响冷裂的因素与影响铸造应力的因素基本一致。

冷裂的防止是建立在防止和消除铸件应力上面，采用反变形设计模样、芯盒，以抵消铸件变形；设置拉筋，加强筋；调整铸件温度场，采用缓冷措施等。

10 铸钢件铸造收缩率比铸铁收缩率大的原因是什么。

因为铸铁结晶时有石墨析出（主要是灰铁和麻口铸铁），而铸钢重的碳以渗碳体存在，最终导致两者收缩率的差别。铸铁是又液体直接结晶成面心立方的奥氏体加生碳体，然后冷却成体心立方的铁素体加渗碳体。铸钢在冷却时是从液体转变为体心立方结构的高温铁素体，温度再下降之后变为面心立方的奥氏体，此时由于原子密度增大而发生收缩现象，收缩比的大小和结晶的过程是密切相关的。

11 铸件凝固方式有哪三种，铸件有哪三种典型的宏观结晶组织。

凝固方式：逐层凝固方式、糊状凝固方式、中间凝固方式。

宏观结晶组织：表层细等轴晶区、内部柱状晶区、中心等轴晶区。

12 为何有双重铁碳相图的存在？双重相图的存在对铸铁件生产有何实际意义？

双重相图的存在原因：稳定平衡的Fe-C相图中的共晶温度和共析温度比介稳定平衡的高一些。共晶温度高出6℃，共晶温度高出9℃。产生变化的更本原因是由于自由能变化引起的。

从结晶动力学（晶核的形成与长大过程）角度来说：以含C4.3%的共晶成分液体在低于共晶温度的凝固为例，在液体中形成含C6.67%的渗碳体晶核要比形成汗C100%的石墨晶核容易，而且渗碳体是间隙型的金属间化合物，并不是要求铁原子从晶核中扩散出去。因此，在某种条件下，奥氏体加石墨的共晶转变的进行还不如莱氏体共晶转变那样顺利。

热力学观点上看，Fe-Fe3C相图只是介稳定的，Fe-C相图才是最稳定的。从动力学观点看，在一定条件下，按照Fe-Fe3C相图转变也是可能的，因此就出现了二重性。